백본망 고도화…TWDM-PON 도입
높은 외산 점유율·시장 경쟁 ‘숙제’
사람과 사람을 잇는 것에서 더 나아가 사람과 사물, 사물과 사물을 네트워크로 연결하는 ‘초연결(Hyper-connected)’ 사회가 현실로 다가오고 있다.
그동안 초고속인터넷에서부터 광대역 융합망(BcN)에 이르기까지 세계 네트워크 시장을 선도해온 우리나라는 네트워크에 ‘지능(Intelligence)’을 더한 초연결 인프라로 다시한번 도약을 꿈꾸고 있다.
초연결 인프라는 2020년까지 전송속도를 무선 1Gbps, 유선 10Gbps급으로 올리고, 수요변화에 따라 새로운 네트워크를 쉽게 구성할 수 있는 유연한 네트워크를 실현하는 것에 목표를 두고 있다.
현재 초연결 인프라의 구축 현황과 향후 전망, 당면 과제에 대해 살펴본다.
□ 초연결지능망 발전전략 = 정부는 작년 9월, ‘K-ICT 초연결지능망 발전전략(안)’을 발표하고 미래 네트워크 강국을 향한 로드맵을 제시했다.
본 전략의 추진과제는 △더 빠른 네트워크 △더 유연한 네트워크 △더 안전한 네트워크 △더 확장된 네트워크 △더 경쟁력 있는 네트워크 산업을 골자로 한다.
전국단위 초연결지능망이 구축되면, 현재보다 최대 100배 빠른 유·무선 기가급 네트워크를 통해, 가정에서는 UHD급 영화를 3분 이내 다운로드할 수 있게 된다.
또한, SW기반 네트워크 기술로 헬스케어, 핀테크, 스마트공장, 스마트교육 등 다양한 서비스를 위한 네트워크를 수 시간내 구성할 수 있고, 디도스, 지능형지속위협(APT) 등 보안위협으로부터 안전한 네트워크를 실현할 수 있다.
초연결지능망에 소요될 예산은 총 38조5200억 원으로 추산된다. 민간 부문이 37조1000억 원, 정부가 1조4200억 원을 투자할 것으로 예상된다.
백본망을 이루는 광네트워크는 크게 광 전달망, 광 가입자망 등으로 구분된다.
광 전달망은 파장분할다중화(WDM)와 재설정식광분기(ROADM) 기술을 기반으로 보다 높은 대역폭의 신호를 신뢰성 있게 장거리 전송하는 방향으로 발전해오고 있다.
초연결 인프라에서는 이에 더해 저지연 특성과 망 유연성을 보장할 수 있도록 광전송(OTN) 기술과 MPLS-TP(MultiProtocol Label Switching-Transport Profile) 기술이 통합된 구조로 나아가고 있다. 현재 100G 이더넷과 100G OTN이 상용화 됐고 400G 이더넷 및 비욘드(Beyond) 100G OTN 상용화를 위한 연구개발이 한창이다.
광 가입자망은 2010년부터 10G급 시분할다중화 수동형광전송(TDM-PON)이 상용화된 이래 40G급, 100G급으로의 진화에 속도가 붙고 있다. 40G급 대용량 PON을 위해 기존 TDM 방식과 WDM 방식이 결합된 TWDM-PON에 대한 연구가 지속되고 있다. 2016년 이후 본격적으로 TWDM-PON의 상용화가 이뤄질 것으로 예상된다.
최근 표준화가 시작된 100G EPON은 WDM/TDM 방식으로 하향 및 상향으로 최소 25G급 및 10G급 광신호의 사용이 논의되고 있고 최대 100Gbps까지 PON 용량을 증가시키는 것을 목표로 하고 있다.
□ 5G = 무선 연결, 모바일 서비스가 대세로 자리매김하면서 이동통신의 고도화도 빠르게 진행되고 있다.
5G는 4G 대비 1000배에 달하는 트래픽을 수용하는 것을 목표로 최대 전송속도 100Gbps, 전송지연 1ms, 이동속도 500㎞/h를 지원한다.
아울러 1㎢당 100만 개 디바이스를 연결하면서도 에너지 효율은 100배 더 높은 인프라 실현을 목표로 하고 있다.
5G 통신에 새롭게 추가될 요소는 밀리미터파(mmWave) 기술의 구현이다.
30~300㎓ 대역의 초고주파를 사용하는 밀리미터파 기술은 가용 대역폭이 넓어 4G보다 데이터 전송속도를 크게 높일 수 있다.
반면, 초고주파의 특성상 직진성이 강하고 전파가 줄어들어 없어지는 특성이 강해 효율은 그리 좋지 못한데, 이러한 물리적 특성을 커버하면서 상용망에 적용할 수 있는 방안이 활발히 연구되고 있다.
다중안테나(MIMO) 기술은 데이터를 송수신하는 안테나의 수를 늘리면서 전송효율을 크게 높이는 대표적인 기술로, 4G에서도 핵심적인 역할을 수행해 왔다. 5G에서는 4G 보다 안테나의 수를 더 늘림으로써 주파수 효율을 향상시킬 것으로 기대된다.
그러나 안테나를 일정 수 이상 늘리게 되면 간섭문제가 커지는데, 이를 해소할 수 있는 기술이 연구 중에 있다.
이동통신의 부하를 덜기 위한 방편으로 구축됐던 와이파이를 이종망 묶음기술로 아예 하나의 이동통신망처럼 사용하는 비면허대역 묶음기술도 본격화된다. 이미 주요 통신사업자들이 상용망 적용을 완료했다.
IoT는 사물이 서로 데이터를 주고받다. 그 데이터는 스위치의 온·오프, 온도, 습도, 위치 등의 수치값이 대부분이다. 즉, 고품질·대용량 서비스를 위해 발전돼 온 현재의 기가급 네트워크는 사물에겐 지나친 낭비로, IoT에 최적화된 새로운 네트워크가 필요하게 됐다.
IoT 전용망의 핵심은 비용과 편의성에 있다.
소비자가 기기를 구입하는 것 이외 사용료가 무료이거나, 소비자 스스로 IoT 서비스에 합당한 가격이라고 생각할 수 있을 만큼 최소한의 사용료를 구현할 수 있도록 하는 데 초점을 맞추고 있다.
편의성의 문제는 저전력 기술에 달렸다. IoT 단말은 소비자가 충전에 대한 불편을 느끼지 않을 만큼 전력효율이 높아야 하며, 각종 시설에 탑재될 IoT 센서 및 디바이스들은 배터리를 자주 바꿔줄 수 없는 상황을 고려해 한번 설치하면 수년간 쓸 수 있는 수준으로 구현될 전망이다.
□ SW 기반 기술 = 초연결 인프라의 핵심 포인트는 ‘유연성’이라 해도 과언이 아니다. 변화무쌍한 트래픽에 신속하게 대처하는 한편, 각 서비스에 최적화된 네트워크 구성을 빠르게 제공하는 것이 필요하다.
네트워크의 유연성은 소프트웨어(SW) 기술로 실현된다. 가장 대표적인 것이 소프트웨어정의네트워크(SDN)와 네트워크기능가상화(NFV) 기술이다.
SDN은 단일 네트워크장비에서 전송과 제어 기능을 따로 분리해 컨트롤러에 통합 배치하고 이를 소프트웨어 기술로 관리한다.
지금까지 주로 대규모 데이터센터 등의 패킷 전달을 제어하기 위해 도입됐지만, 통신사업자급의 대규모 네트워크 적용도 활발한 추세다.
SDN을 통신망에 적용하기 위해 기존 SDN 방식 이전의 패킷 스위치 또는 라우터 구조와 장치들을 수용하는 한편, 플로우 단위의 처리가 가능하도록 네트워크 종단 또는 필요한 네트워크의 위치에 SDN 스위치를 구성하는 혼합 구조가 도입되고 있다.
기지국에 SDN을 적용할 수도 있다. 제어 계층에서 복수의 기지국을 하나의 가상 대규모 기지국으로 논리적 통합을 이루는 방안이다.
통합제어 기능은 최적의 핸드오버(handover), 기지국 또는 단말기에 간섭을 고려한 적절한 무선자원 할당과 전송전력 조정 등의 제어 계층 역할을 수행한다.
NFV는 네트워크의 구성요소인 HW와 SW를 분리하고, 범용 서비스 가상화 기반에서 네트워크 기능을 가상화한다. 즉, 다양한 네트워크장비들을 고성능 서버, 스토리지와 스위치를 통해 컨트롤해 서비스 대응 및 트래픽 변화에 신속히 대처한다.
NFV를 이용하면 서비스형 인프라(IaaS: Infra as a Service), 서비스형 네트워크(NaaS: Network as a Service)가 가능해진다. 즉, IT자원을 하나의 서비스 형태로 제공할 수 있는 셈이다.
기업은 장비를 직접 구축하지 않고 통신사업자가 가상머신에 적용한 장비들의 멀티테넌트(Multi-tenant) 형태로 서비스를 받을 수 있다.
통신사업자는 코어망에 EPC(Evolved Packet Core)와 IMS(IP Multimedia Subsystem) 통신서비스를 위한 vEPC, vIMS를 제공함으로써 운영비용과 투자비용을 절감할 수 있다.
홈네트워크에서는 홈게이트웨이, 셋톱박스 장비를 가상화하고 가정에는 광네트워킹의 L2스위치와 HDMI 동글 디바이스만을 적용하는 형태로 스마트홈을 구현하는 방안이 연구되고 있다.
□ 당면 과제 = 초연결 인프라가 당면한 과제는 국내 네트워크장비 업계가 처한 현실과 맥을 같이 한다.
네트워크에 대한 투자가 활성화됨에도 불구하고 국내 업체들이 그 혜택을 누릴 수 있을 것인지 묘연한 실정이다. 외산의 점유율은 초연결 시장에서도 80% 이상이 될 것이라는 전망이다.
서비스 측면에서 상당부분을 차지하는 클라우드 산업에 대한 고민은 상대적으로 부족하다는 지적도 일고 있다.
SDN, NFV 기술은 장밋빛 미래만 제시될 뿐, 기존 인프라를 SDN, NFV로 변경할 때 발생하는 비용 및 리스크에 대한 고려도 필요하다. 변경 과정 동안 기존과 같은 수익성을 유지할 수 있을지에 대한 우려도 해소되지 않았다.
아직 스타트업 업체들도 경쟁하고 있는 초기 시장인 만큼, 관련 업체들이 대형 글로벌 업체들과의 경쟁으로부터 시장에 안착할 수 있는 방안을 마련해야 한다는 설명이다.
